(57)【要約】【課題】圧電振動板における補強部の大きさが非常に狭小或いは肉薄になってしまうため、パッケージ外部から固化した接合材を介して圧電振動板に加わる応力を、圧電振動板の補強部で減衰できる割合が小さくなってしまい、これら応力の一部が圧電振動領域部へ漏れだし、圧電振動領域部の励振振動に悪影響を与える可能性が高くなる。【解決手段】圧電振動領域部と、圧電振動領域部の厚さよりも厚い補強部とが形成され、且つこの圧電振動領域部の表裏主面に励振用電極と、この励振用電極から補強部表面を介して補強部辺縁部まで形成された引き出した引出電極と、補強部の辺縁部に引出電極と接続し且つパッケージとの導通を取るための接続用電極とを形成した圧電振動板において、上記圧電振動領域部の少なくとも一方の主面上の励振用電極の周囲に囲繞体が形成されている圧電振動板。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望する周波数を励振する矩形状の圧電振動領域部と、該圧電振動領域部の周囲に該圧電振動領域部の厚さよりも厚い補強部とが形成され、且つ該圧電振動領域部の表裏主面に、主面表裏で対向する形態で形成された励振用電極と、該励振用電極から該補強部表面を介して該補強部辺縁部まで形成された引き出した引出電極と、該補強部の辺縁部に該引出電極と接続し且つパッケージとの導通を取るための接続用電極とを形成した圧電振動板において、
該圧電振動領域部の少なくとも一方の主面上の該励振用電極の周囲に囲繞体が形成されていることを特徴とする圧電振動板。
【請求項２】
前記圧電振動板において、該囲繞体の形成材がＳｉＯ２であり、蒸着法により厚さが１〜３０μｍの帯状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の圧電振動板。
【請求項３】
前記圧電振動板において、該圧電振動領域部及び補強部が、所望する周波数を励振する矩形平板状の圧電板の一方の主面に、外形形状及び外形サイズが該圧電材と同一で、且つ該圧電材より厚みの厚く、更に概略中央部分が所望する圧電振動領域部の大きさにくり抜かれている補強板を、原子間接合により密着することにより構成されていることを特徴とする請求項１記載の圧電振動板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、励振振動領域の周囲に励振振動領域の厚みより厚い補強部を形成し、そこに各種電極を形成した、所謂逆メサ型の圧電振動板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年において、移動体通信機器等の機器類の著しい小型化に伴い、これら機器に用いられる圧電振動子等の電子部品についても更なる小型化が求められている。又、圧電振動子については、小型化と同時に、ＣＰＵ等の動作周波数の高周波数化に対応する為の、その動作基準周波数の供給源である圧電振動子の発振周波数の高周波化も求められている。これらの要求に応えるために圧電振動子内に搭載される圧電振動板について様々な発明が成されている。
【０００３】
従来における圧電振動板の一例として、ＡＴカットの水晶素板を使用した高周波基本波圧電振動子の構造を図４に示す。
【０００４】
矩形且つ平板状の水晶素板４１の一方の主面側には、フォトリソグラフィ法とエッチングにより矩形の開口形状を有する凹部空間が形成されている。この凹部空間の底部は、その厚みを所望の周波数が振動する厚さ近傍までエッチングすることにより圧電振動領域部４３としている。この圧電振動領域部４３の周囲は、圧電振動領域部４３を支持補強するために、圧電振動領域部４３より厚みのある補強部４４が一体で形成されている。尚、このような形状は一般的に逆メサ形状と言われている。
【０００５】
このような逆メサ型の水晶素板４１の圧電振動領域部４３の両主面上に励振用電極４５を形成し、又、この励振用電極４５から補強部４４を介して引き出した引出電極４６と、補強部４４に引出電極４６と接続し且つ容器との導通を取るための接続用電極４７とを形成することで水晶振動板４８を構成している。尚、補強部４４の両主面上に形成した接続用電極４７は、接続用電極４７が形成された近傍の水晶素板４１の側面に、両主面の接続用電極４７間を導通する電極４９を形成し、水晶素板４１の他方の主面の接続用電極４７にある信号を、一方の主面（容器の電極パッドと固着導通する側）の接続用電極４７に導く構造が取られている。
【０００６】
この水晶振動板４８を、容器（図示せず）に設けた電極パッドへバンプや導電性接着剤などを用いて固着導通し、容器の開口部を金属の蓋等で気密封止し、電子部品としての水晶振動子を形成する。
【０００７】
ＡＴカット水晶振動子の振動モードは厚みすべり振動であり、その振動周波数は圧電振動領域部の厚みが薄くなるほど高くなるため、高周波化を図るには圧電振動領域部の厚さを薄くする必要がある。現在、ＡＴカット水晶素板を単に平板状に形成した場合は、落下試験などの衝撃に耐えうる強度的限界としては、厚みが約１７μｍ（基本波振動で約１００ＭＨｚ）、図４のように圧電振動領域部４３の周囲に、圧電振動領域部の厚みより厚い補強部４４を一体で形成した逆メサ型の圧電振動板を用いた圧電振動子の場合は、圧電振動領域部の厚みが約２．５μｍ（基本波振動で約６７０ＭＨｚ）のものが作成されている。
【０００８】
前述のような圧電振動子については、以下のような文献が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−２９５０６４号公報
【特許文献２】特開２００４−４０１９８号公報
【０００９】
尚、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を、本件出願時までに発見するに至らなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、圧電振動子の小型化が進むにつれ、圧電振動子内部に搭載する逆メサ型圧電振動板自体も小型化が必須となっている。それに伴い圧電振動板における補強部の大きさも非常に狭小或いは肉薄になってしまう。
【００１１】
そのため、圧電振動子を構成するパッケージに逆メサ型の圧電振動板を、バンプや導電性接着材のような導電性を有する接合材により固着搭載した場合、接合材が収縮固化したときに生じる応力や、パッケージ外部から固化した接合材を介して圧電振動板に加わる応力を、圧電振動板の補強部で減衰できる割合が小さくなってしまい、これら応力の一部が圧電振動領域部へ漏れだし、圧電振動領域部の励振振動に悪影響を与える可能性が高くなる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は前述した問題点を解決するために成されたものであり、所望する周波数を励振する矩形状の圧電振動領域部と、この圧電振動領域部の周囲に圧電振動領域部の厚さよりも厚い補強部とが形成され、且つこの圧電振動領域部の表裏主面に、主面表裏で対向する形態で形成された励振用電極と、この励振用電極から補強部表面を介して補強部辺縁部まで形成された引き出した引出電極と、補強部の辺縁部に引出電極と接続し且つパッケージとの導通を取るための接続用電極とを形成した圧電振動板において、上記圧電振動領域部の少なくとも一方の主面上の励振用電極の周囲に囲繞体が形成されていることを特徴とする圧電振動板である。
【００１３】
又、前記圧電振動板において、囲繞体の形成材がＳｉＯ２であり、又、蒸着法により厚さが１〜３０μｍの帯状で形成されていることを特徴とする上記記載の圧電振動板でもある。
【００１４】
更に、前記圧電振動板において、圧電振動領域部及び補強部が、所望する周波数を励振する矩形平板状の圧電板の一方の主面に、外形形状及び外形サイズが該圧電材と同一で、且つ該圧電材より厚みの厚く、更に概略中央部分が所望する圧電振動領域部の大きさにくり抜かれている補強板を、原子間接合により密着することにより構成されていることを特徴とする上記記載の圧電振動板でもある。
【発明の効果】
【００１５】
従って、本発明における圧電振動板は、圧電振動板の圧電振動領域部上の一対の励振用電極が形成された表裏主面の少なくとも一方の主面の励振用電極の周りに、環状の囲繞体が形成されていることにより、この囲繞体により補強部より圧電振動領域部へ漏れ出た応力や歪みを、表裏に形成された励振用電極により挟まれている圧電振動領域部の主励振部へ到達する前に遮断することができる。
【００１６】
この囲繞体の遮断作用により、圧電振動領域部の主励振部への応力や歪みの影響がほとんど無いので、圧電振動板が小型化したことによる補強部の狭小肉薄化が生じた場合でも、良好な圧電振動特性が得られる。又、応力や歪みの影響を受けにくいので、圧電振動板として安定した品質を得られ、更に、振動特性が安定し振動周波数にズレ等が生じないので、製造歩留まりが向上する。以上のようなことから、諸特性が良く且つ安定した、小型化にも対応できる圧電振動板を提供できる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、圧電素材の一つである水晶を使用した、本発明に係わる逆メサ型水晶振動子の一実施形態を、各図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係わる逆メサ型の圧電振動板の一形態を、圧電材の一つである水晶を構造主部材とする水晶振動板を例に示す外観斜視図である。図２は、図１に図示した仮想切断線Ａ１−Ａ２で切断した場合の断面図である。図３は、本発明に係わる逆メサ型の圧電振動板の他の形態を、圧電材の一つである水晶を構造主部材とする水晶振動板を例に示す、図１記載の仮想切断線とほぼ同位置で切断した場合の断面図である。尚、各図では、説明を明りょうにするため構造体の一部を図示せず、また寸法も一部誇張して図示している。特に各部分の厚み寸法は誇張して図示している。
【実施例１】
【００１８】
即ち、図１及び図２において、水晶素板１１の一方の主面に、フォトリソグラフィ法とエッチングにより、開口部が矩形状の凹状の窪みを形成する。この凹部の底部の厚みを所望の周波数が振動する厚さ付近までエッチングし、その底部を圧電振動領域部１３とする。この圧電振動領域部１３の周囲には、圧電振動領域部１３を支持補強するために、圧電振動領域部１３より厚みのある補強部１４が圧電振動領域部１３と一体で形成されている。
【００１９】
この逆メサ形状の水晶素板１１の圧電振動領域部１３のほぼ中央には、円形の励振用電極１５ａ及び１５ｂが表裏主面で対向するように形成されており、更に、この励振用電極１５ａ及び１５ｂから水晶素板１１の一方の短辺へ補強部１４を介して延設した引き出し電極１２と、その引き出し電極１２と電気的に接続し、且つ容器（図示せず）に掲載された電極パッドとの導通を取るための接続用電極１６とが形成され水晶振動板１７が構成されている。尚、この水晶振動板１７は一枚の水晶ウエハ上に複数連接した状態で形成され、圧電振動領域部１３及び各電極を形成後に、水晶素板１１を各個に切断分離する製造方法で作られる。
【００２０】
このような形状の水晶振動板１７を、電子部品の一つである水晶振動子として使用するためには、まず、セラミックス等の絶縁性の材料により形成された容器の凹形状の内部空間内に水晶振動板１７を配置し、水晶振動板１７側の補強部１４に形成した接続用電極１６と容器に形成した電極パッドとの間に複数個のバンプを形成し、水晶振動板１７を容器内の内部空間底部に平行に固着し導通を取る。水晶振動板１７を搭載した容器の開口部にコバール等の金属材を用いた蓋を配置し、容器内空間を気密封止することで水晶振動子を形成する。
【００２１】
このような構造の水晶振動板１７において、水晶振動板１７の圧電振動領域部１３の一方の主面に形成した励振用電極１５ａと補強部１４との境界との間の圧電振動領域部１３表面には、蒸着法によりＳｉＯ２で形成した励振用電極１５ａを囲繞する形態の囲繞体１８が形成されている。囲繞体１８の形態は図１のように一定の幅を有する矩形リング状であり、厚みは１〜３０μｍ間で補強部１４から漏れ出る応力や歪みを最適に遮断できる厚みを選択して一定の厚みで形成されており、励振用電極１５ａから補強部１４へ引き出した引き出し電極１２は、この囲繞体１８の露出表面上を介して補強部１４へ引き出されている。尚、本実施例の囲繞体１８は閉環状形状で形成されているが、閉環状形状の囲繞体１８と同様な作用効果を奏するのであれば、囲繞体１８の一部分（例えば、引き出し電極１２が形成される部分）に囲繞体を形成しない切欠部を形成しても構わない。更に、本実施例では囲繞体１８の外形形状を矩形としているが、他に多角形や円形でも良い。
【００２２】
このような囲繞体１８を形成することにより、補強部１４より圧電振動領域部１３へ漏れ出た水晶素板１１へ加わっている応力や歪みを、表裏に形成された励振用電極１５ａ及び１５ｂにより挟まれている圧電振動領域部１３の主励振部へ到達する前に囲繞体１８により遮断することができ、励振用電極１５ａ及び１５ｂで挟まれた圧電振動領域部１３の主励振部へ不要な応力や歪みが悪影響を及ぼすことがない。
【実施例２】
【００２３】
図３は、本発明における圧電振動板の他の実施形態を、圧電材の一つである水晶を構造主部材とする水晶振動板を例に示しており、水晶素板３１の主要部である圧電振動領域部３２及び補強部３３が、所望する周波数を励振する矩形平板状の水晶薄膜３４の一方の主面に、外形形状及び外形サイズが水晶薄膜３４と同一で、且つ水晶薄膜３４より厚みの厚く、更に概略中央部分が所望する圧電振動領域部３２の大きさにくり抜かれている空洞部３５を形成する補強板３６を、原子間接合により密着することにより構成されている。
【００２４】
この逆メサ形状の水晶素板３１を構成する補強板３６の空洞部３５にあたる水晶薄膜３４の圧電振動領域部３２のほぼ中央には、円形の励振用電極３７ａ及び３７ｂが水晶薄膜３４表裏主面で対向するように形成されており、更に、この励振用電極３７ａ及び３７ｂから水晶薄膜３４の一方の短辺へ補強板３６を介して延設した引き出し電極と、その引き出し電極と電気的に接続し、且つ容器に掲載された電極パッドとの導通を取るための接続用電極とが形成され水晶振動板３８が構成されている。尚、この水晶振動板３８は複数個の水晶薄膜３４形成領域をマトリクス状に有する一枚の母水晶薄膜上に、母水晶薄膜の個々の水晶薄膜３４形成領域に対応する形状の複数個の補強板３６形成領域をマトリクス状に有する一枚も母補強板を、原子間接合で接合し、各々の水晶薄膜３４領域及び補強板３６形成領域を各個に切断分離する製造方法で作られている。
【００２５】
このような形状の水晶振動板３８を水晶振動子して使用するためには、まず、セラミックス等の絶縁性の材料により形成された容器の内部空間内に水晶振動板３８を配置し、水晶振動板３８側の一方の主面３７ａに形成した接続用電極と容器に形成した電極パッドとの間に複数個のバンプを形成し、水晶振動板３８を容器内の内部空間底部に平行に固着し導通を取る。水晶振動板３８を搭載した容器の開口部にコバール等の金属材を用いた蓋を配置し、容器内空間を気密封止することで水晶振動子を形成する。
【００２６】
このような構造の水晶振動板３８において、水晶振動板３８を構成する水晶薄膜３４における補強板３６の空洞部３５に露出した一方の主面に形成した励振用電極３７ａと、水晶薄膜３４と補強板３６の接合部との間の圧電振動領域部表面には、蒸着法によりＳｉＯ２で形成した励振用電極３７ａを囲繞する形態の囲繞体３９が形成されている。囲繞体３９の形態は一定の幅を有する矩形リング状であり、厚みは１〜３０μｍ間で補強部から漏れ出る応力や歪みを最適に遮断できる厚みを選択して一定の厚みで形成されている。尚、励振用電極３７ａから補強板３６へ引き出した引き出し電極は、この囲繞体３９の露出表面上を介して補強板３６へ引き出されている。
【００２７】
このような囲繞体３９を形成することにより、実施例１と同様に、補強部３３より圧電振動領域部３２へ漏れ出た水晶素板３１へ加わっている応力や歪みを、表裏に形成された励振用電極３７ａ及び３７ｂにより挟まれている水晶薄膜３４の圧電振動領域部３２の主励振部へ到達する前に囲繞体３９により遮断することができ、励振用電極３７ａ及び３７ｂで挟まれた圧電振動領域部３２の主励振部へ不要な応力や歪みが悪影響を及ぼすことがない。
【００２８】
尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。例えば、上記実施例では、凹状の窪み内の圧電振動領域部の一方の主面、又は、水晶振動板を構成する水晶薄膜における補強板の空洞部に露出した圧電振動領域部の一方の主面にのみ囲繞体を形成した形態の圧電振動板を開示しているが、他に圧電振動領域部の他方の主面のみ、又は圧電振動領域部両主面に囲繞体を形成した形態でも良い。更に、実施例２における水晶薄膜３４は、研磨加工により形成して薄膜でも、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等で成膜した薄膜でもよい。又、実施例２では水晶薄膜３４と補強板３６との接合には原子間接合を用いて接合を行っているが、接合の際に水晶薄膜３４及び補強板３６に歪みなどを生じることなく、且つ水晶薄膜３４の圧電振動領域部３２の振動特性に悪影響を及ぼさないのであれば、接合方法を原子間接合に限定するものではない。
【００２９】
更に又、上述した実施形態においては、圧電振動板の主材料として水晶を用いたものを例示したが、圧電効果を奏するものであれば、水晶の他に、タンタル酸リチウム、ニオウブ酸リチウムや圧電セラミック等の他の圧電材を使用しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明に係わる逆メサ型の圧電振動板の一形態を、圧電材の一つである水晶を構造主部材とする水晶振動板を例に示す外観斜視図である。
【図２】図２は、図１に図示した仮想切断線Ａ１−Ａ２で切断した場合の断面図である。
【図３】図３は、本発明に係わる逆メサ型の圧電振動板の他の形態を、圧電材の一つである水晶を構造主部材とする水晶振動板を例に示す、図１記載の仮想切断線とほぼ同位置で切断した場合の断面図である。
【図４】図４は、従来の逆メサ型の水晶振動板の一形態を示す外観斜視図である。
【符号の説明】
【００３１】
１１，３１・・・水晶素板
１２・・・引き出し電極
１３，３２・・・圧電振動領域部
１４，３３・・・補強部
１５ａ，１５ｂ，３７ａ，３７ｂ・・・励振用電極
１６・・・接続用電極
１７，３８・・・水晶振動板（圧電振動板）
１８，３９・・・囲繞体
【図１】
2007124516.tif 000003
【図２】
2007124516.tif 000004
【図３】
2007124516.tif 000005
【図４】
2007124516.tif 000006